Tvådimensionella material som grafen visar fascinerande egenskaper som supraledning, extraordinär styrka och exotiska kvantfenomen. Forskare vid Forschungszentrum Jülich har nu tillsammans med partners från Indian Institute of Technology i Patna och Australian University of Newcastle skapat ett speciellt material av detta slag som uppvisar en metallisk karaktär. Den består av bara ett atomlager av molybdenatomer och kallas även "molybdenen."
Forskarna lyckades tillverka ett tunt ark av metallen molybden, som bara är ett atomlager tjockt. Det nya materialet är alltså lika tunt som grafen, förmodligen det mest kända 2D-materialet. Den senare består av kol och isolerades första gången 2004. Upptäckten väckte stor uppmärksamhet eftersom grafen leder elektricitet och värme mycket bättre än koppar och är hundra gånger stabilare än stål.
Samtidigt är den exceptionellt lätt och flexibel. På grund av sin speciella 2D-struktur uppvisar grafen också några ovanliga elektromagnetiska effekter som skulle kunna möjliggöra banbrytande innovationer inom kvantteknikområdet.
På senare år har andra 2D-material som fosforen eller germanen introducerats. Liksom molybdenen uppvisar de några imponerande egenskaper, medan det senare fortfarande skiljer sig från andra 2D-material i vissa aspekter. "Många 2D-material är känsliga för värme, men molybdenen är det inte. Dessutom är detta det första metalliska 2D-materialet där fristående skikt kunde förberedas", förklarar prof. Ilia Valov från Peter Grünberg Institute (PGI-7) vid Forschungszentrum Jülich.
Forskarna skapade det nya 2D-materialet med hjälp av en mikrovågsugn, där de värmde en blandning av molybdensulfid (MoS2 ) och grafen till glödande vid en temperatur på cirka 3000 grader Celsius. I en reaktion som drivs av det elektriska mikrovågsfältet bildades finförgrenade hårstrukturer i vilka de avsmalnande molybdenskikten kan hittas. Dessa kallas också "morrhår."
I de första testerna kunde forskarna redan observera en mängd användbara egenskaper. "Molybdenen är mekaniskt extremt stabil. Det kan till exempel användas som beläggning för elektroder för att göra batterierna ännu mer kraftfulla och robusta", förklarar Ilia Valov.
Forskarna förväntar sig att materialet har ytterligare exotiska elektroniska egenskaper, liknande grafen, på grund av dess speciella 2D-struktur. På grund av sin metalliska karaktär har den också fritt rörliga elektroner. Dessa ackumuleras på de två sidorna av molybdenenen, vilket gör materialet till en intressant kandidat för katalysatorer för att påskynda kemiska reaktioner.
I samarbete med Indian Institute of Technology i Patna och Australian University of Newcastle har forskarna redan kunnat utveckla en praktisk vetenskaplig tillämpning för molybdenen. Tack vare sin stabilitet och utmärkta elektriska och termiska ledningsförmåga är den idealisk lämpad som mätspets för atomkraftsmikroskopi (AFM) och ytförstärkt RAMAN-spektroskopi (SERS).
Inledande provinspelningar visar att molybdenen erbjuder olika fördelar jämfört med etablerade spetsmaterial och, på grund av sin tunna, platta form, kan ge ett särskilt bra skydd mot oönskade störningssignaler.
Mer information: Tumesh Kumar Sahu et al, Mikrovågssyntes av molybdenen från MoS2 , Naturnanoteknik (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01484-2
Journalinformation: Nanoteknik i naturen
Tillhandahålls av Forschungszentrum Juelich
